高中化学 第2课时 发展中的化学电源课件 新人教必修2

4．化学电源 人们利用原电池原理，将 化学 能直接转化为电 能， 制作了多种电池。如干电池、蓄电池、充电电池、高 能燃料电池等，以满足不同的需要。在现代生活、生 产和科学技术的发展中，电池发挥着重要的作用，大 至宇宙火箭、人造卫星、飞机、轮船，小至电脑、电 话、电子手表、心脏起搏器等，都离不开各种各样的 电池。
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3．燃料电池 燃料电池是一种高效、环境友好的发电装置。如氢氧 燃料电池，在负极上发生氧化反应的是 H2 ，在正极 上发生还原反应的是 O2 ，产物是 H2O 。 燃料电池与干电池的主要区别在于 反应物 不是储 存在电池内部，而是用外加的设备提供燃料 和氧化剂 等，使反应连续进行。
思维拓展
6．已知在不同的电解质溶液中，电池反应相同，但电极
思维拓展 1．两种活动性不同的金属作电极时，为什么一般是较活
泼的金属作负极？ 答案 由两种活动性不同的金属作电极时，较活泼的金 属失去电子，电子经外电路流向较不活泼的金属，溶液 中的阳离子在较不活泼的金属上得到电子。按物理学中 对电源正、负极的规定：电子流出的一极称作负极，电 子流入的一极称作正极。故一般是失去电子的较活泼的 金属称作负极。而电子流入的较不活泼的金属称作正极。
D．外电路中每通过 0.2 mol 电子，锌的质量理论上
减少 6.5 g
7．利用生活中或实验室中常见的物品，根据氧化还原反 应知识和电化学知识，自己动手设计一个原电池。请 填写下列空白： (1)实验原理：Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑。 (2)实验原理：电极(________、________)、__________、 __________、稀硫酸、耳机(或者电流计)。(请在空格 中填写所缺的实验用品) (3)实验装置(如右图)。
反应不同，请尝试书写氢氧燃料电池在不同条件下的
电板反应式。
电池反应：2H2＋O2===2H2O (1)电解质溶液为稀硫酸： 负极： 2H2－4e－===4H＋ ， 正极：O2＋4e－＋4H＋===2H2O。 (2)电解质溶液为 KOH 溶液： 负极：2H2－4e－＋4OH－===4H2O， 正极： O2＋4e－＋2H2O===4O应用。锌锰碱性电池以氢氧化钾溶液为电解液，
电 池 总 反 应 式 为 Zn ＋ MnO2 ＋ H2O===ZnO ＋
Mn(OH)2 下列说法中，错误的是
(C )
A．电池工作时，锌失去电子
B．电池正极的电极反应式为
MnO2＋2H2O＋2e－===Mn(OH)2＋2OH－ C．电池工作时，电子由正极通过外电路流向负极
D．锌锰干电池中，锌电极是负极
解析 锂离子电池可以充电再次使用，属于二次电池，A 项正确；铜锌原电池中铜为正极，故电流为铜流向锌，而 电子是由锌流向铜，B 项错；电池的实质即是化学能转化 成电能，C 项正确；Zn 失去电子生成 Zn2＋，故作为负极， D 项正确。 答案 B
2．日常所用干电池的电极分别为石墨棒(上面有铜帽)和锌 皮，以糊状 NH4Cl 和 ZnCl2 作电解质(其中加入 MnO2 吸收 H2)，电极反应式可简化为：Zn－2e－===Zn2＋， 2NH＋ 4 ＋2e－===2NH3↑＋H2↑(NH3 与 Zn2＋能生成一种 稳定的物质)。根据上述判断，下列结论正确的是
另外还有锂离子电池等。
思维拓展 4．一次性电池与充电电池有何根本区别？原因何在？
答案 一次性电池中的氧化还原反应是不可逆的，放完 电之后就不能再使用。而充电电池中的氧化还原反应是 可逆的，它在放电时所进行的氧化还原反应，在充电时 可以逆向进行，使生成物恢复原状。
5．废电池为什么不能随意丢弃？正确的处理方式是什 么？ 答案 废电池含有一些有毒的离子，随意丢弃污染环境， 而且造成浪费。我们应该把废旧电池与其他垃圾分开， 集中回收。
3．设计原电池
已知一个氧化还原反应，首先分析找出氧化 剂、还原剂，一般还原剂为负极材料(或在负 极上被 氧化 )，氧化剂 (电解质溶液中的阳离 子)在正极上被还原。例如，利用 Cu＋2AgNO3 ===Cu(NO3)2＋2Ag 的氧化还原反应可设计成如图所 示的原电池，该原电池的电极反应式为：
负极(Cu)：Cu－2e－===Cu2＋(氧化反应) 正极(C)：2Ag＋＋2e－===2Ag(还原反应)
5．下图是一种航天器能量储存系统原理示意图。下列说法
正确的是
()
A．该系统中只存在 3 种形式的能量转化 B．装置 Y 中负极的电极反应式为：O2＋2H2O＋4e－
===4OH－ C．装置 X 能实现燃料电池的燃料和氧化剂再生 D．装置 X、Y 形成的子系统能实现物质的零排放，并能
实现化学能与电能间的完全转化
2．在铜锌原电池中，溶液中的 H＋为什么不直接在锌片 上得到电子，而是在铜片上得到电子？ 答案 当锌、铜用导线连接后，锌片上的电子就可沿导 线流向铜片，使得铜片上聚集了大量的带有负电荷的电 子。按照异性相吸的原理，则 H＋受到电子的吸引，便可 以顺利移向铜电极并在铜电极上得到电子产生 H2。当锌 失去电子后，则在锌电极附近聚集了大量的带有正电荷 的 Zn2＋。对 H＋有排斥作用，H＋若要直接得到锌失去的 电子，则需“冲破”Zn2＋的“包围”才行，从而使得直 接在锌上得到电子变得很困难。
4．根据反应：2Ag＋＋Cu===Cu2＋＋2Ag，
设计如右图所示原电池，下列说
法错误的是
()
A．X 可以是银或石墨
B．Y 是硫酸铜溶液
C．电子从铜电极经外电路流向 X 电极
D．X 极上的电极反应式为 Ag＋＋e－===Ag
解析 从题给氧化还原反应方程式分析可知：铜被氧化， 作原电池的负极，X 为正极，电极材料是比铜不活泼的导 体，A 正确；Ag＋在 X 电极上被还原，则电解质溶液提供 Ag＋，B 项错误，D 项正确；外电路中铜失去电子，流向 X 电极，C 项正确。 答案 B
答案 B
2．铁及铁的化合物应用广泛，如 FeCl3 可用作催化剂、 印刷电路铜板腐蚀剂和外伤止血剂等。 (1)写出 FeCl3 溶液腐蚀印刷电路铜板的离子方程式： ___________________________________________。 (2)若将(1)中的反应设计成原电池，请在 右面方框画出原电池的装置图，标出正、 负极，并写出电极反应式： 正极反应：__________________________________， 负极反应：__________________________________。
3．铅蓄电池的两极分别为 Pb、PbO2，电解质溶液为硫 酸，工作时反应为：
Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O 下列结论正确的是
()
A．Pb 为正极被氧化
B．SO42－只向 PbO2 极移动 C．电解质溶液密度不断减小
D．溶液的 pH 值不断减小
解析 根据方程式：
0
＋4
＋2
•11、凡为教者必期于达到不须教。对人以诚信，人不欺我;对事以诚信，事无不成。 •12、首先是教师品格的陶冶，行为的教育，然后才是专门知识和技能的训练。 •13、在教师手里操着幼年人的命运，便操着民族和人类的命运。2022/1/182022/1/18January 18, 2022 •14、孩子在快乐的时候，他学习任何东西都比较容易。 •15、纪律是集体的面貌，集体的声音，集体的动作，集体的表情，集体的信念。 •16、一个人所受的教育超过了自己的智力，这样的人才有学问。 •17、好奇是儿童的原始本性，感知会使儿童心灵升华，为其为了探究事物藏下本源。2022年1月2022/1/182022/1/182022/1/181/18/2022 •18、人自身有一种力量，用许多方式按照本人意愿控制和影响这种力量，一旦他这样做，就会影响到对他的教育和对他发生作用的环境。 2022/1/182022/1/18
答案 2MnO2＋2NH＋ 4 ＋2e－===Mn2O3＋2NH3＋H2O
2．充电电池 充电电池是一种二次电池 。充电放电可循环进行，
至一定周期后终止。最早也是最广泛使用的是铅蓄电 池， 负极 是 Pb， 正极 是 PbO2，电解质是稀硫酸 。 封闭式体积小的充电电池——镍镉电池，负极是 Cd ， 正极是 NiO(OH) ，电解质是 KOH 。
第 2 课时 发展中的化学电源
基础梳理 一、原电池工作原理的应用 1．加快氧化还原反应速率
如实验室用 Zn 和稀 H2SO4(或稀 HCl)反应制 H2，常用 粗锌，它产生 H2 的速率快。原因是粗锌中的杂质和锌、 稀 H2SO4 形成原电池，加快了反应，使产生 H2 的速率 加快。
2．比较金属的活动性强弱 原电池中，一般活动性强的金属为 负 极，活动性弱 的金属为正 极。例如有两种金属 A 和 B，用导线连 接后插入到稀硫酸中，观察到 A 极溶解，B 极上有气 泡产生，由原电池原理可知，金属活动性 A>B 。
二、发展中的化学电源 1．干电池
(1)普通锌锰干电池 电池组成：锌做负极；位于中央的顶盖带有 铜帽的 石墨棒 做正极；电解质是 NH4Cl 糊。负极反应 为 Zn－2e－===Zn2＋ 。
思维拓展 4．已知酸性锌锰干电池的电池反应为：Zn＋2MnO2＋2NH＋ 4
===Zn2＋＋Mn2O3＋2NH3＋H2O，负极的电极反应为：Zn －2e－===Zn2＋。请尝试书写正极的电极反应式。
随堂训练
1．燃料电池是目前电池研究的热点之一。现有某课外小
组自制的氢氧燃料电池，如图所示，a、b 均为惰性电
极。下列叙述不正确的是
()
A．a 极是负极，该电极上发生氧化反应 B．b 极反应是 O2＋4OH－－4e－===2H2O C．总反应方程式为 2H2＋O2===2H2O D．氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源 解析 A 项 a 极通 H2 为负极，电极反应为：2H2＋4OH－ －4e－===4H2O，发生氧化反应；B 项，b 极通 O2 为正极， 电极反应为：O2＋2H2O＋4e－===4OH－，B 项不正确；C 项，正负极电极反应式相加得总反应为 2H2＋O2===2H2O； D 项，氢氧燃料电池的能量高，且产物为水，对环境无污 染，故是具有应用前景的绿色电源。
Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O
原电池中失电子的物质为负极，所以 Pb 为负极，PbO2
为正极。又因负极 Pb－2e－===Pb2＋进入溶液，溶液中
SO24－也向 Pb 极移动，生成难溶的 PbSO4，所以电解质 溶液密度不断减小。由于 H＋的物质的量浓度不断减小，
pH 值不断增大。综上分析得出答案为 C。 答案 C
答案 (1)2Fe3++Cu===2Fe2++Cu2+ (2)装置图
正极反应：2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋ 负极反应：Cu－2e－===Cu2＋
课时作业
1．下列有关电池的说法不正确的是
()
A．手机上用的锂离子电池属于二次电池
B．铜锌原电池工作时，电子沿外电路从铜电极流向
锌电极
C．甲醇燃料电池可把化学能转化为电能
解析 太阳能电池利用光能转化为电能可直接作用于工 作马达实现了电能与机械能的转化；在装置 X 中，电解 水生成 H2、O2，实现了光能与化学能的转化；在装置 Y 中构成燃料电池，化学能转化为电能，作用于马达实现 了电能与机械能的转化，A、D 错误；氢氧燃料电池的负 极上应是 H2 参加反应，B 错误；装置 X 能利用光能实现 H2、O2、H2O 的循环再生，C 正确。 答案 C
() ①锌为正极，石墨为负极 ②锌为负极，石墨为正极 ③工作时，电子由石墨极经过外电路流向锌极 ④长 时间连续使用时，内装糊状物可能流出腐蚀用电器
A．①③ B．②③ C．③④ D．②④
解析 由负极失电子发生氧化反应，正极得电子发生还原 反应或根据原电池的形成条件，相对活泼(指金属性)的一 极为负极，相对不活泼的一极为正极可判断出①错②对。 在外电路，电子从负极流向正极，故③不正确。长时间连 续使用该电池，由于锌皮慢慢溶解而破损，且 MnO2 不断 吸收 H2 而产生 H2O，糊状物也越来越稀，故其容易流出 腐蚀用电器。 答案 D